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锂电池的工作原理

如今,锂电池非常受欢迎。您可以在笔记本电脑,PDA,手机和iPod和无人机中找到它们。它们是如此常见,因为它们是一些最有活力的可充电电池。锂电池也有时候出现在新闻中。那是因为这些电池偶尔会爆炸起火。但它并不常见 – 每百万只有两三个电池组出现问题 – 但是当它发生时,它是极度危险的。在某些情况下,故障率可能会上升,当发生这种情况时,最终会导致全球电池召回,这可能会使制造商损失数百万美元。所以问题是什么让这些电池如此充满活力并如此受欢迎?他们如何发生着火?有什么办法可以防止问题或帮助你的电池更长寿吗?在本文中,我们将回答这些问题以及更多问题。

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锂电池很受欢迎,因为它们具有许多重要优势:

1.它们通常比相同尺寸的其他类型的可充电电池轻得多。锂电池的电极由轻质锂和碳制成。锂也是一种高活性元素,这意味着大量的能量可以存储在其内部中。这能转化为锂电池内非常高的能量密度。典型的锂电池可以在1千克电池中存储150瓦时的电量。
2.锂离子电池组每月仅损失约5%的电量,而镍氢电池每月损失20%。
3.它们没有记忆效应,这意味着在充电之前您不必完全放电,就像其他一些电池化学物质一样。
4.锂离子电池可以处理数百次充电/放电循环。

但这并不是说锂离子电池完美无缺。它们也有一些缺点:

1.他们一离开工厂就开始退化。无论您是否使用它们,它们只能在制造日期后的两到三年内使用。2.它们对高温极其敏感。热量导致锂电池组的降解速度远远超过正常情况。3.如果你完全放电锂电池,它就会毁了。4.锂电池组必须配备一台车载电脑来管理电池。这使得它们比现在更昂贵。5.如果锂电池组发生故障,它很可能会着火。

通过观察锂电池内部的化学性质可以理解许多这些特性。我们接下来会看看这个。

锂电池组有各种形状和尺寸,但内部看起来大致相同。举例如果您要拆开笔记本电池组,您会发现以下情况,锂电池可以是圆筒型电池,看起来几乎相同AA锂电池,或者它们可以是棱柱形的,其内部包括:1.一个或多个温度传感器,用于监控电池温度2.一个电压转换器和稳压电路,以保持电压和电流的安全水平3.屏蔽式笔记本电脑连接器,可让电源和信息流入和流出电池组4.电压抽头,其监视各个电池的电池组的能量容量5.一个电池充电状态监控,这是一个小型计算机,处理整个充电过程,以确保电池尽可能迅速和完全充电成为可能。如果在充电或使用过程中电池组过热,计算机将关闭电源以试图降温。如果您将笔记本电脑放在极热的汽车中并尝试使用笔记本电脑,这台电脑可能会阻止您在电池冷却之前通电。如果电池完全放电,电池组将因电池损坏而关闭。它还可以跟踪充电/放电循环次数并发送信息,以便笔记本电脑的电池电量表可以告诉您电池剩余电量。它是一台相当精致的小型计算机,它从电池中获取能量。这种功率消耗是锂电池在闲置时每月损失5%功率的一个原因。与大多数电池一样,您的外壳由金属制成。这里使用金属特别重要,因为电池是加压的。这种金属外壳有一些通气孔。如果电池变得太热以至于有可能因过压而爆炸,那么这个通风口会释放额外的压力。之后电池可能会没用,所以这是要避免的。通风口严格作为安全措施。所以是正温度系数(PTC)开关,是应该从过热而保持电池的装置。

锂电池组价格昂贵,所以如果你想让你的电池寿命更长,请记住以下几点:

1.锂离子化学优选局部放电至深度放电,因此最好避免将电池一直降至零。由于锂离子化学没有“记忆”,因此不会因局部放电而损坏电池组。如果锂电池的电压下降到一定水平以下,它就会毁了。2.锂电池老化。他们只持续两到三年,即使他们放在未使用的架子上。因此,不要因为电池组将持续五年而“避免使用”电池。此外,如果您要购买新电池组,您需要确保它真的是新的。如果它已经在商店的架子上放了一年,它将不会持续很长时间。制造日期很重要。3.避免发热,发热会降低电池性能。

现在我们知道如何让锂电池保持更长的工作时间,那让我们来看看它们为什么会爆炸。

如果电池发热到足以点燃电解液,就会着火。网上有视频剪辑和照片,会显示这些火灾的严重程度。当发生这样的火灾时,通常是由电池内部短路引起的。锂电池里面有一个隔离片,可以保持正极和负极分开。如果该片被刺破并且电极接触,则电池将非常快速地发热。如果你把一个普通的9伏电池放在口袋里,你可能已经体验过电池可以产生的那种热量。如果硬币在两个端子之间短路,则电池会变热。在隔板故障中,锂电池内部发生同样的短路。由于锂电池非常有活力,因此它们非常热。热量使电池排出用作电解质的有机溶剂,并且热量(或附近的火花)可以点亮它。一旦在其中一个锂电池内发生这种情况,火的热量就会流向其他锂电池,导致整个包装都会起火。重要的是要注意火灾是非常罕见的。

锂电池内部结构图

锂电池内部结构图

 

这个金属外壳有一个长螺旋,包括三个压在一起的薄片:

1.一个正极
2.一个负极
3.一个分离器

在壳体内部,这些片材浸没在充当电解质的有机溶剂中。醚是一种常见的溶剂。隔板是非常薄的微孔塑料板。顾名思义,它将正极和负极分开,同时允许离子通过。正极由锂钴氧化物或氧化钴锂(LiCoO 2)制成。负极由碳制成。

锂电池内部结构

当锂电池充电时,锂离子通过电解质从正电极移动到负电极并附着到碳上。

锂电池内部结构

在锂电池放电期间,锂离子从碳移回到氧化钴锂(LiCoO 2)。

这些锂离子的运动发生在相当高的电压下,因此每个电池产生3.7伏特。这远远高于您在超市购买的普通AA碱性电池的1.5伏特,并且有助于在手机等小型设备中使锂电池更加紧凑。

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